1931 А ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК Союза Советских Социалистических Республик N° II СОМРТЕ8 КЕХОИ8 ОЕ Ь'АСАОЁМШ ОЕ8 8С1ЕМСЕ8 йе Г Шшоп йез КёриЬНциез ЗоннёЕдиез ЗоааЕзгез Оглавление—ЗоттаГге СТР. В. И. Вернадский. О поле устойчивости жидкой углекислоты в биосфере . . 287 В. Г. Хлопик. К геохимии благородных газов ............................................................. 296 Е. Л. Кринов. О болиде 23 XI 1930 г. в Нижегородском крае (с 1 фиг.) . . 304 А. Н. Рейхардт. О новом представителе рода РЫШЫв ЛсМ1. (Со1еор1ега. НМ/епЛае) (с 4 фиг..............................308 РАО. *У. Уегпа1зИ) (У. Уегпабвку). 8иг 1е сЬашр бе зваЫИЬё бе ГасМе сагЪошдие Пдшйе йапз 1а ЫозрЬеге.........................287 *У. С11ор1п. 8иг 1а дёосЫпПе без дагез поЫез......................................................... 296 *Е. Кшпоу. 8иг 1е Ъо1Ме би 23 XI1930 бапз 1а гё§1оп <1е ХТЦш-Моудогой (ауес 1 йд.).........................................................304 *А. ВеСйагС. 8иг ин поитеаи гергёзепит би денге РкЯоНнз Е.еЬ<И. (Со1еор1ега, ШШепЛае) (атес 4 Ид.) ))..). 308 Заглавие, отмеченное звездочкою, является переводом заглавия оригинала Ье Ште татаие й'ип аз^еНецпе ев! ине 1гайисНоп йи Шге опрта1 ЦЕНА 50 КОП. ИЗДАТЕЛЬСТВО АКАДЕМИИ НАУК СССР ЛЕНИНГРАД — ЬЕИШОКАО
Доклады Академии Наук СССР 1931 Сотр^ез Кепйиз йе ГАсайёпне йез 8с1епсе§ йе Г11П58 В, И. ВЕРНАДСКИЙ, О поле устойчивости шидж >ере ||ци1йе бапз 1а Ьюврйёг (Доложено в 1’ИСО 29 VI И отцие [V. УЕКМАОЗКН (V/. Уегпайзку). 8иг 1е сЬатр йе ! 1. Углекислота в термодинамических условиях земной коры может являться не только в газообразном состоянии; она может существовать в пей во всех трех своих физических фазах — в твердом (правпльн " емы), в жидком п в газообразном состояниях. Обычно п в биологических и в геологических науках учитывают только газообразную углекислоту, ие обращая внимания па существование в механизме биосферы огромных областей, в которых могут существовать две ее фазы — газообразная и жидкая, причем устойчива жидкая. В биосфере есть две разных области такого ее нахождения: области охлаждения суши и гидросфера. Давно известио ее существование в жидком состоянии в бесчисленных микроскопических порах массивных пород и в разнообразных минералах. В частности, невидимому, в гранитных породах и в кварцах пегматитовых жил и сухих трещин она в таком состоянии не только обычна, по отвечает большим массам вешества. Жидкая углекислота является в этих образованиях вторичной; она образовалась в биосфере и может быть в прилегающих к ней областях (в стратисфере), температура которых ниже критической температуры углекислоты, равной 31 С. Такого рода температуры на суше не идут очень глубоко и могут наблюдаться поглубже одного—двух километров от земной поверхности, следовательно, в среднем, они в большинстве континентов могут лишь немного заходить ниже уровня океана и за пределы биосферы. Они сосредоточены в особых областях охлаждения. Углекислота в этих порах первоначально выделялась в газообразном состоянии при высоких температурах, но перешла в жидкое состоянпе, когда породы и минералы, ее заключающие, сильно охладились, попали — благодаря тектоническим смещениям — на земную поверхность в область низких температур, в среднем ниже 31 С. — 287 —
— 288 - Она превратилась в жидкость, так как при больших давлениях и при температурах ниже критической — жидкая фаза ее является устойчивой. Ее образование отвечает равновесиям, устойчивым в термодинамическом поле биосферы, к которому приспособились чуждые ему породы и минералы глубоких геосфер. К сожалению, чрезвычайно важное в ее земной истории нахождение жидкой ее фазы, вероятно по общей массе во много раз превышающее нахождение газообразных форм С02 в атмосфере, мало изучено, хотя оно было выяснено Зелльнером еще в 185о г., установлено Фогельзангом и Гейсслером в 1871 г.; оно предвиделось К. Бишофом еще в 1847 г. Жидкая углекислота должна встречаться и в осадочных породах в областях охлаждения биосферы и в отвечающих им подземных водах. Это явление пока не установлено. Оно тесно связано с большим планетным явлением—с существованием на ней поля устойчивости твердой фазы воды и к нему примыкающих областей охлаждения. Область этих явлений настоятельно требует углубления и изучения, ибо даже имеющиеся данные не сведены и не вошли в научный обиход. 2. Еще хуже обстоит дело с другим полем устойчивости жидкой углекислоты в биосфере, гораздо большего значения. Это — возможное нахождение жидкой углекислоты в биосфере, в ея поверхностных водах. Вся эта огромная область, много большая, чем область массивных пород суши, заключающих жидкую С02, теснейшим образом связанная с газовым режимом планеты и с населяющей ее жизнью, оставляется без внимания и, мне кажется, совершенно не отмечена в научной литературе и не учитывается в наших представлениях пи геологических, нп биологических.1 1 См. наир, вовейшия сводки Е. бе МагГмте. Тгакё бе йёодг. рЬув. 4 ёб. I. Р. 1925; А. 8ирап. бггшкЗг. (1. рЬув. Егйкипбе. Нет. V. Е. ОЪв1. 7. Аий. I. В. 1927; Верог! оГ 1Ье Сот- тйее он осеанодгарЪу о! 1Ье ХаНоп. Асай. о! 8с. Ьу Н. В1ге1омг. XV. (1929); 8. Наггеу. 8е ХУаГег. С. 1929. 2 Составляет 2-й том моей ((Истории минералов в земной коре». Область эта — гидросфера, всемирный океан, и глубокие водные холодные бассейны суши. В сданной в печать первой части моей книги «История природных вод»,2 я пытаюсь выяснить значение этого явления в минералогии и в геохимии природных вод. Оно представляется мне на основании его оценки в этой работе столь важным, что я думаю будет не бесполезно, обратить на него внимание в этой заметке, не ожидая выхода в свет моей книги. Сейчас идет большая, хотя все же к сожалению недостаточная при тех возможностях и особенно требованиях жизни, среди которых мы живем, исследовательская гидрологическая и гидробиологическая работа в нашей' стране. Некоторые следствия из признания условий устойчивости жидкой
— 289 — углекислоты в океане, а главным образом, в прибрежных морях, где преимущественно работают наши ученые и в таких озерах, как Байкальское, могут быть учтены при работе, как напр. гидрологическое и биологическое значение глубин 300—500 м и 730—820 м, о которых говорится дальше. Важно их учесть возможно раньше. 3. Весь океан лежит в области устойчивости жидкой углекислоты, так как температура выше 34°С может наблюдаться в нем только в исключительных случаях на небольшом пространстве. Наибольшая температура, которая отмечена вообще в океане не на поверхности, кажется, не превышает и 34° С; это ничтожные доли массы морской воды. Можно в общем — в пределах точности нашей современной работы — считать, что вся масса воды океана и морей не выходит за пределы поля устойчивости жидкой углекислоты, обладает температурой ниже ее критической температуры. Поправки, которые надо будет внести в это положение выходят за пределы точности наших обычных наблюдений. Средняя температура массы воды океана по 0. Крюммелю равна 3.5—4.5° С. для Тихого океана равна 3.7° С; большие массы околополярных вод, особенно далеко подымающиеся от иолюса в южном полушарии, значительно холоднее, около 0°, в огромных скоплениях еще холоднее, ниже—1.8° С Эти низкие температуры сочетаются с огромными давлениями. В океане давления могут достигать 4 000 атмосфер; уже в его неглубоких частях они достигают десятков атмосфер. Мы знаем, что уже при 0° и 3 6 атмосферах давления газообразная углекислота неустойчива и превращается в жидкость. Эти условия в некоторых частях океанов и морей достигаются уже па глубине около 360 м, а при температуре в 3.0—3.5°С будут наблюдаться на глубинах больших, едва ли однако много больших, чем 400—450 м, так как углекислота по Т. Андрьюсу сжижается при 48.89 атмосферах давления (гевр. 490 м глубины) уже при температуре в 4 3.4° С. При 72.92 атмосфер давления достигается критическое давление, выше которого жидкая углекислота является — ниже своей критической температуры — более устойчивой, чем газообразная. Газообразная ее фаза может здесь существовать лишь в присутствии жидкой (ниже критической ее точки). Это критическое давление достигается примерно на глубине 730 м, где высшая температура морской воды, повидимому, как общее правило не превышает 40° С. В более глубоких слоях океана будет устойчива жидкая углекислота, тем более устойчива, чем выше давление, т. е. чем больший столб воды над ней находится. Это не значит, чтобы в такой термодинамической обстановке могла существовать только одна жидкая углекислота, но в ней должно существовать равновесие жидкость
— 290 — причем не может существовать только одна газообразная С02, как это мы наблюдаем на земной поверхности. 4. Возможность существования устойчивости жидкой фазы углекислоты в морской воде1 надо принимать во внимание особенно потому, что динамическое равновесие 1 Здесь и дальше л буду говорить о морской воде вообще — морской и океанической. 2 Повпдпмому некоторое растворение есть, но явление не изучено. С02__> 2 __морская вода 1 33 очень сложно; оно далеко еще научно не охвачено. При растворении углекислоты вводе, углекислота как газ в значительной части исчезает, входя и в чистой воде и в водных растворах в химическую реакцию с водой, образуя быстро разлагающиеся кислотные гидраты. По нашим современным представлениям эго выражается в образовании ионов НСО3' и С03". В растворах, где присутствуют другие ионы, эти реакции идут и более энергично и более сложно. Переход в жидкую фазу должен чрезвычайно нарушать эти равновесия, ибо в то время, как газообразная углекислота растворяется в воде, давая физически однородное тело, жидкая углекислота в воде нерастворима или почти нерастворима (и обратно).2 Получается при их проникновении для чистой смеси Н20 С02 физически неоднородная среда или эмульсия, или обе жидкости разделяются на два слоя. Химическая реакция между углекислотой и водой на глубинах должна прекратиться или затормозиться. В то же время значите.1 меньший удельный вес жидкой углекислоты (0.914 при 0 при обычном давлении по Амага) по сравнению даже с водой, не говоря о морской воде (1.024 мри обыкновенном давлении —1.071 на глубине 9.79 км — по Зупану-Обсту), очевидно, должен вызывать ее движение вверх, сдерживаемое в какой-то степени ростом давления с глубиной. Возможно, что на глубинах ниже 730—900 м мы имеем вместо равновесия вСО„~ >100 морской воды рС02 -+- дНС0'3 -ь гСО"3 (где р -г- д -+- г = в) (газ) равновесие (может быть быстро изменяющееся) кСО,>ч_ * 100 морской воды ГТ" пС02 -+- р'С02 I д'ПСО'., -+- г'С0"3, причем р' ч- д' н- г' = в — и (жидкая)
291 — Необходимы опыты для того, чтобы определить отношение между з и п. И прежде всего необходимо тщательно количественно изучить режим углекислоты на глубинах 310—ЗоО м и 730—900 м в океанических, морских и в холодных озерных бассейнах. Надо ждать, что в водных бассейнах биосферы где-то на глубинах около 700—900 м существует резкий перелом в газовом режиме углекислоты, связанный с растущей устойчивостью жидкой углекислоты. о. Надо несколько остановиться на этом выводе, который может казаться парадоксальным. Мы привыкли сейчас в океанографии и в лимнологии к представлениям, которые воспринимаем без серьезной научной их критики. Как показал в 1840-х гг. талантливый, рано умерший французский геофизик Г. Эмэ (11. Анне), океан (и всякий поверхностный водный бассейн) проникается до дна газами из тропосферы, которые в зависимости от своего химического состава различно растворяются в нем и регулируются парциальным давлением, определяемым их растворимостью (т. е. химической связью с раствором) и их содержанием в тропосфере. Пронизывающие океан газы образуют как бы непосредственное, но измененное химическим взаимодействием, продолжение тропосферы, проникающее океан до дна, как бы океаническую ее часть, иного чем она состава. Эго есть океаническая внутренняя атмосфера. Как будет изменяться эта, находящаяся во взаимодействии и в связи с тропосферой, газовая часть природных вод, давление которых увеличивается приблизительно на одну атмосферу на каждые 10 м и может превышать для океана тысячу атмосфер? Точно и определенно сейчас мы ответить па этот вопрос не можем. Физик не изучал таких структур, никогда не воспроизводил их в лаборатории. Даже при условии, что в то самое время как водяные массы на глубине, напр., 3.7 км (средней глубине океана) находятся под давлением около 370 атмосфер, проникающие же их газы находя гея только под давлением газового столба из земной атмосферы и океанической внутренней атмосферы (в 3.7 км мощностью), все же нельзя считать, что такое строение не отражается на углекислоте газового столба. Ибо коэффициент растворения С02, оп| оделяющий ее парциальное давление в газовом столбе океана не может существовать вереде, где газовая фаза углекислоты отсутствует; он зависит отхимтт- ческо о взаимодействия С0г^И20. Нельзя принимать при расчетах, которые делаются, обычного коэффициента растворимости газообразной углекислоты. Надо учитывать сверх того еще гораздо большую устойчивость, при больших давлениях, тех водных кислотных карбонатных гидратов (и кислых солеи), присутствие— и даже преобладание — диссоциационных продуктов которых мы должны допускать всегда в морской воде. Эгп диссоциационные продукты, выраженные в фирме С02, отвечают массам углекислоты больше чем в 42 раза слишком по весу ДАН-Л 1931
— 292 — превышающим массы растворенной в морской воде газообразной углекислоты. Надо думать, что парциальное давление газообразной углекислоты должно уже поэтому быстро падать с глубиною. Очень вероятно, что на некоторой глубине вся углекислота, раньше могущего быть ее сжижения в жидкость, будет уже находиться в связанном виде и как таковая в газовом растворе в океанической внутренней атмосфере будет отсутствовать. На некоторой глубине, разной в разных случаях, которая должна быть определена наблюдением, морская вода из подкласса вод 1Х2 — 02 — С02 перейдет в подкласс N0 — 02. Явление химического связывания на глубинах должно проявляться еще более сильно, ибо помимо кислотного гидрата Н2С03 (может быть Н4С04) на холоду и под давлением образуется твердый гидрат другого строения С02- 6Н20, растворимый в воде. Он тоже может проявлять свое действие в этих областях. Мы находимся здесь в области явлений, где пег сейчас достаточного числа данных для точного научного суждения, нет физического опыта. Эти данные надо приобрести. Необходимо птти двумя путями: физическим экспериментом в лаборатории и количественным наблюдением в поле. И там и здесь работа не была произведена: в первом случае — в условиях близких к природным, во втором — при наблюдениях и их установке не принималось во внимание, что морская вода глубин есть область, где газообразная фаза углекислоты может отсутствовать, быть неустойчивой. Необходимо еще раз подчеркнуть, что система из жидкости, сжатой давлением до тысячи атмосфер, п проникающего ее газа находящегося под давлением немногих атмосфер, каким является океан—никогда не была в руках физика. 6. Если по отношению к растворенной газообразной кислоте может быть неясность в представлении об огвечающ ем ейдавленви в морских глубинах, в виду неразрывной связи ее с тропосферой, в морской воде есть случаи выделения углекислоты, связь которых с тропосферой или совсем отсутствует или чрезвычайно усложнена. В числе таких случаев находится такое первостепенное в строении водных бассейнов биосферы явление, как жизнь, живые организмы. Мы знаем, что жизнь является в биосфере одним из основных источников, создателей, газообразной углекислоты. Морской организм находится под тем же давлением какое имеет водная масса, в которой он обретается. Часть газов организма1 сообщается с тропосферой для назсм1 Эта часть вещества, захваченного организмами, вообще не учитывается в их составе. Ее масса неизвестна. Ее учет —• количественный и качественный — поставлен в числе задач нашей Би, геохимической лаборатории. Недостаток оборудования не дозволяет нашей лаборатории приступить к выяснению этой важной проблемы так, как этого требует сейчас научная мысль.
— 293 — ных организмов, с океанической подводной атмосферой для морских. Для этой части может быть поднят тот вопрос, который рассматривался в § 5. Но в организмах—в каждом — есть замкнутые полости ('вакуоли одноклеточных, например), которые совершенно независимы от океанической внутренней атмосферы. Организмы затем выделяют при дыхании, при метаболизме, газы, иногда почти чистую углекислоту. Газы эти в зависимости от быстроты и формы жизненного процесса могут выделяться в морскую воду в виде свободных пузырьков. Для холоднокровных морских организмов температура их не очень далека от температуры морской воды, где они находятся. Они, таким образом, подчиняются нацело термодинамическим условиям— температуре и давлению — водных морских глубин. Для них следовательно углекислота не может существовать в газообразной форме без одновременного нахождения ее жидкой фазы. Очевидно, это должно вносить чрезвычайные изменения л в их организацию я отражаться на их распространении в морских глубинах. Обладающие чрезвычайной приспособленностью и в силу законов энергетики долженствующие проявлять максимальную геохимическую энергию, т. е. заселять всю биосферу — организмы представляют объекты океана, на которых наиболее резко должно ждать проявлений того положения, что океан находится в поле устойчивости жидкой, а не газообразной углекислоты. Именно для организмов особенно желательно проследить значение в их вертикальном распространении и в их организации указанных в § 2 глубин 300—500 м и 730—900 м. Как идет там их дыхание? К сожалению на этот вопрос нельзя сейчас научно ответить: пет данных. 7. Остановимся на трех примерах, в которых можно видеть ясно важность учета характера поля углекислоты в океане при изучении проникающей его жизни. Первым я возьму нижний предел планктона: Чем он обусловлен? За предел планктонной жизни принимается глубина в 200 м, например в русских бпогпдрологическпх работах,1 по солнечные лучи идут много глубже: в средней части Атлантического океана фиолетовые и синие лучи наблюдаются еще на глубине 500 м, ультракрасные па глубине 4 000 м, и лишь на глубине 1700 м исчезают проявления важного для жизни солнечного излучения.2 1 По указанию К. М. Дерюгина. 2 Е. М. МагГоппе, А. СЬегаПег е4 П. СиёпоГ. ТгаИё <1е §ёо^г. рЬуа. 4 ёй. III. Р. 1927. До глубины 400 — аОО м можно ждать проявления (например для багрянок) фотосинтеза. Однако нижняя граница планктона лежит много выше. Очевидно она обусловлена чем-то другим, а нс исчезновением света. р. 1344.
— 294 — Двести, а по другим данным четыреста метров, как раз подходят к тон границе, где должна сказываться неустойчивость газообразной углекислоты. Очень важно было бы изучить существование планктона при температурах п давлениях, отвечающих глубинам в 300—500 м при наличии света. Не требует ли при зтих условиях дыхание организмов наличия приспособлений (благодаря устойчивости жидкой углекислоты или исчезновения газообразной из водного раствора) отсутствующих у (большинства?) планктонных организмов? 8. Тог же вопрос ставится и по отношению к характеру процессов, которые должны итти в донных морских грязях, значение которых так велико в геохимических явлениях и в частности тесно связано с химией подземных пластовых вод суши.. Грязь водных бассейнов в общей экономии природы аналогична почве суши, как это ясно видел уже Бюффон. Она так же как почва переполнена жизнью и в ней,, как и в почве, па первом месте стоит биогенная миграция химических элементов. Биогенная миграция элементов почв теснейшим образом связана с выделением газообразной углекислоты. «Дыхание почв» играет огромную роль в круговороте углекислоты в тропосфере, как это недавно выявил К. Люпдегорд.1 В почвенной атмосфере углекислота стоит по весу в одной декаде с азотом, а иногда господствует. Это выделение С02 главным обр зом производится микробами и микроскопической флорой п фауной вообще. Как должно итги это явление в среде, где газообразная углекислота не устойчива? гав морской грязевой атмосферы должен резко отличаться от почвенной. ЮКНХ грязей в своем газовом обмене должны иметь пли изменять?) жидкую углекислоту или Иди микробы морских глубь.... ..„.„.Л особые приспособления, например, выделять (1 морские осадки должны быть резко отличны от водных грязей мелководных или теплых бассейнов. Своеобразный характер осадков океанических глубин далеко научно неясных, пе противоречить этому выводу. 9. Третий пример, на котором я здесь остановлюсь, касается своеобразного газового содержания плавательного пузыря рыб глубоководных или же обычных рыб, могущих опускаться на большие глубины. Более 4 00 лет тому назад Био показал, что газы плавательного пузыря этих рыб обогащены кислородом, объемный процент которого может превышать 90%. В природе, до появления культурного челозека, эго были самые большие выделения свободного кислорода в чистом виде. После работ Био были открыты в этих рыбах особые железы, выделяющие свободный кислород. Объяснения это явление не имеет, так как им, очевидно, не может считаться обычно указываемое, как причина его, сохранение гидростатического давления, иозвшющего этим рыбам находиться на глубинах. Для чего» XV. Уегпайвку. беосЪелпе ш аие^етг. Кар. К. 1930, р. 205.
— 295 — здесь кислород? Отчего вырабатывается, и из чего вырабатывается — чистый кислород? Определенное нахождение этих рыб на холодных глубинах, несомненность давления под которым они находятся, равного давлению морских глубин — десятков и сотен атмосфер—заставляет считать, что в своем дыхании рыбы эти должны жить в условиях устойчивости жидкой углекислоты. Образование ими чистого кислорода должно быть изучено при учете этого факта. Не есть ли кислород пузыря продукт разложения жидкой С02? Проблем жизни, связанных с особым для углекислоты нолем, какое представляют из себя глубины океанов, можно было бы привести много. Но и приведенные мне кажется ясно указывают, наел; новая экспериментальная и наблюдательная работа. 10. Помимо жизни есть еще один случай возможного выделения жидкой углекислоты в морских глубинах. Это случай выхода газовых углекислых струй на дне морей при температурах недалеких от 31° С. Такие струи на суше наблюдаются во многих термальных источниках и в об них вулканических очагов. Можно ждать таких выходов в определенных частях океанов — в приконти- пентальных морях. Здесь под дном моря могут находиться породы стратисферы, метаморфической и гранигнсй геосфер. .явления в сотни атмосфер, газовые Входя в холодные области морей в условиях давления пузыри углекислоты должны давать легкие капли жидкой углекислоты, аналогичные ее каплям в включениях охлажденных пород биосферы. Но эти каплп более легкие чем водный раствор будут быстро подыматься кверху, в верхние слои морской воды п переходить в гпдраты. Опыт и наблюдения одни могут решить эти и многие другие вопросы, связанные с полем жидкой углекислоты биосферы. Прежде всего надо определить наличие газообразной углекислоты на глубинах, точно изучить ход ее содержания на глубинах 300—500 м и 730—900 м.
RkJQdWJsaXNoZXIy MjM4MTk=